浅淡异型金属屋面系统深化设计

摘要钢结构这种结构形式时至今日已经不是大家陌生的结构形式了，钢结构有它特有的优点，比如钢结构构件较小，质量较轻，便于运输和安装，适用于跨度大、造型复杂，高度高，承载重的结构。正是由于此获得了建筑师的青睐，而我们知道每个建筑为了防雨、保温等目的，屋面系统是必不可少的。金属屋面系统便是适合钢结构的特点，和钢结构一起组成造型各异的建筑。

关键词：深化；找型；建模；曲面

中图分类号： S611 文献标识码： A

普通的防雨棚、厂房等，由于在造价和功能等方面的限制往往造型单一，深化设计方面已经比较成熟，对于我们一直做深化的设计人员来说做起来比较简单。但是有不少的工程现在的目标都不单是追求坚固耐用，现代人已经把美观放在了比较重要的地位，让人看后有视觉美感，有冲击力，由于造型独特日后还能回忆起来。在这样的背景下就诞生了造型各异的建筑，运用金属屋面系统做出来的建筑外形美观，造型多变。可是对于异型的金属屋面系统深化设计并不轻松，往往需要团队的力量共同完成，需要和业主、设计单位密切沟通。

金属屋面系统要满足防风、防雨、隔热、保温等作用。做为设计人员我们更要考虑这些因素，满足这些要求。金属屋面系统的组成有：构造层、支撑构件、连接构件、密封材料等，我们首先要确定构造层，构造层有：装饰层、隔声层、防水层、防水透气层、保温隔热层、隔汽层、吸声层、压型金属板底板等，构造层的确定要结合业主、设计单位和当地的气候条件确定。

做为设计人员我认为异型金属屋面的深化设计，最重要的是金属屋面的找型，下面就金属屋面的找型谈谈我个人的看法。首先，公司接到一个带有异型金属屋面系统的工程，金属屋面系统会分到我们专业屋面设计组。现在的大型钢结构工程，设计单位往往只给出造型的初始模型，需要众多单位合作深化，金属屋面系统也不例外，我们要根据建筑师的设计方案做出金属屋面系统的方案，这个方案要和建筑多次沟通，首先要做的就是我们做出的金属屋面系统要符合建筑师方案设计的初衷，不仅不能改变原来的造型，而且做出来的金属屋面的方案要更能反映出建筑师的造型特点。要做出复杂的造型，还要保证金属屋面系统满足防风、防雨、隔热、保温等功能，需要设计人员认真分析设计造型，从而提出完美的设计方案。

金属屋面的找型只是用人眼去观察肯定是不行了，本身建筑师的方案的提出就是模型的方式，我们只是去看，观察不出来什么问题，我们知道现在软件技术发达，借助软件往往能达到意想不到的效果。现在能应用到金属屋面系统找型的软件大概有两个：一个是Rhino，它是由美国Robert McNeel公司推出的一款三维建模软件。另一个是CATIA，它是由法国达索公司开发的一款精确建模软件。两个建模软件都有自己的优点，Rhino电脑的配置要求不高，安装包也不大，很好运行，操作起来和AutoCAD比较相似，容易上手。CATIA电脑的配置要求比较高，安装包也比较大，早期应用机参数化建模，学习起来需要时间。所以多数深化设计人员会选择用Rhino软件来三维找型。

对于一个需要深化的金属屋面一般会提供给我们钢结构模型，或者是直接提供的Rhino模型，如果是钢结构模型需要我们根据钢结构模型建出Rhino金属屋面模型来。金属屋面的模型建立要根据标准节点的构造层，保证做出来的金属屋面与钢结构模型的距离符合标准节点的构造要求，这样做出来的屋面无论在计算工程量还是在后期排板都很接近实际工程。想要精确的知道屋面的排水方向和后期怎么设置天沟合理，就需要知道屋面的走向坡度，有的异型金属屋面很难看出坡度的变化和每个点屋面的标高。这样我们就需要做出和地形图一样的等高线。等高线在Rhino上是很容易做出来的，首先确定最高点标高，从最高点往下做等高线，等高线间的距离最好多做几个图层，然后做出几个距离不同的等高线，这样可以先粗略的看一下大体的屋面高差，接下来要具体的分析高差，确定屋面坡度及水流方向，确定排水量，布置天沟位置，计算天沟截面尺寸。综上所述，异型金属屋面的设计用Rhino来参数化建模，给设计工作者带来了方便，能让设计工作者很容易做出异型复杂屋面的排板方案。

现在的金属屋面一个造型别致的檐口往往能给整个建筑设计增加亮点，而造型独特的檐口往往给设计工作者带来很多痛苦，要实现从一个手绘的建筑檐口到一个实体建筑檐口，要经历草图设计、整体定型、深化设计、一块一块的翻样、安装一系列高难度的设计，所以很多设计者看到这样的檐口往往很苦恼，万一做的不好，做出来的形状和方案设计的原来方案相差甚远，没有达到设计效果，浪费了大量的金钱和时间，没有把建筑师想表达的美的效果传递给大众，从严格意义上来讲这个建筑就是一个败笔。

说了那么多，充分说明了金属屋面檐口设计的重要性，从这些年的深化设计来看，Rhino软件能帮到很大忙，Rhino本身就是做曲面的高手，用它能很好的表达设计者的意图。现在的建筑为了标新立异往往奇形怪状，檐口也不例外，造型独特，如果你不是看到了是想不出还能设计出这样的造型来，而这正是建筑师们想要的，能给人以深刻的印象。Rhino做檐口曲面可以在设计的各个阶段应用，我目前从事的是深化设计，所以结合本人的经验，谈谈Rhino在做檐口深化设计方面的见解。

在檐口深化设计阶段，建筑设计已经确定了造型，这个造型往往使用图纸表示的平立剖面图，经常建模型的人看到这些图纸，脑海里面就有了这个檐口造型的轮廓了，这个造型能再设计人员脑海里面翻转，而后设计者再想怎么才能把这个造型很好的表现出来，下来我们就会用Rhino这个工具来表现了。Rhino这个软件天生就是为曲面而生的，用它建出来的模型，我们很容易计算出来工程量，可以想象如果我们不建模型，一个复杂的曲面想计算出来准确的工程量简直是太难了，就是计算出来计算工程量的工作者也心里没底。Rhino有很多建立曲面的工具，可以帮助我们建立准确的模型。其实Rhino也只是一个软件，一个再优秀的软件没有很深厚的专业知识的设计工作者去操作，这个软件也不能发挥它应有的作用，所以说人的作用也是关键的，要求设计工作者三维空间想象能力丰富，识图、绘图能力强，有了这样的能力，再加上熟练的操作软件会事半功倍，把图纸平面的造型准确的用立体表现出来不在话下。

檐口的造型往往是用铝单板、蜂窝铝板、铝塑板等块状板材拼出来的，所以建立檐口模型后，要一块一块的分割出来，分割的块要符合规定，要便于加工、运输和安装。怎么样才能分成一块一块的？这个问题确实是建模的难点。Rhino的曲面是由结构线编织而成的，要一块一块的安装板材要充分利用这些结构线，因为结构线是可以抽离出来的，抽离出来的结构线可以用来作为分块的分割线。这样就要求我们建模的初始阶段就要有全局概念，建模初期就要考虑到后期分块的需要，让建立的模型分块的线和曲面的结构线纹路平行，这样后期就能利用了，做出来的分块也往往比较准确，为后期加工提供了依据。还有一种分块方法就是利用犀牛的投影工具来制作，需要把分块的线先在平面上做好，然后投影到要分块的檐口模型上，这样做出来的模型再立面上看起来比较的有规律性，但是实际的分块却不一定就很规则，实际设计中一般大小不一，都不一样，后期需要一块一块的翻样。翻样出来以后要编号清楚，这样安装的时间才又条理。

在我国钢结构经历了这些年的发展人们已经不再陌生，超高层建筑、住宅、机场、体育场馆、厂房等得到了广泛的应用，也正是由于钢结构的高速发展给金属屋面的发展带来了机遇，我们作为金属屋面的深化设计人员也要抓住机遇、不断创新，为做出更好的建筑不断的努力，给人们带来美的享受，为社会做出更大的贡献。

参考文选

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[4] 周观根，金卫明，谢佑仁，等．超大型金属屋面板系统设计与施工[J]．钢结构与建筑业，2003．9(2)：38~40．